新材料技術(shù)發(fā)展的方向

1、展望新材料的未來(lái) 新材料技術(shù)的發(fā)展不僅促進(jìn)了信息技術(shù)和生物技術(shù)的革命， 而且 對(duì)制造業(yè)、 物資供應(yīng)以及個(gè)人生活方式產(chǎn)生重大的影響。 記者日前采 訪了中國(guó)科學(xué)院“高科技發(fā)展報(bào)告”課題組的有關(guān)專(zhuān)家，請(qǐng)他們介紹 了當(dāng)前世界上新材料技術(shù)的研究進(jìn)展情況及發(fā)展趨勢(shì)。 材料技術(shù) 的進(jìn)步使得“芯片上的實(shí)驗(yàn)室”成為可能，大大促進(jìn)了現(xiàn)代生物技術(shù) 的發(fā)展。新材料技術(shù)的發(fā)展賦予材料科學(xué)新的內(nèi)涵和廣闊的發(fā)展空間。 目前，新材料技術(shù)正朝著研制生產(chǎn)更小、更智能、多功能、環(huán)保型以 及可定制的產(chǎn)品、 元件等方向發(fā)展納米材料 20世紀(jì) 90 年代，全球逐步掀起了納米材料研究熱潮。 由于納米技術(shù)從根本上改變了材料 和器件的制造方法

2、，使得納米材料在磁、光、電敏感性方面呈現(xiàn)出常 規(guī)材料不具備的許多特性， 在許多領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。 專(zhuān)家預(yù) 測(cè)，納米材料的研究開(kāi)發(fā)將是一次技術(shù)革命，進(jìn)而將引起 21 世紀(jì)又 一次產(chǎn)業(yè)革命。 日本三井物產(chǎn)公司曾在去年末宣布該公司將批量生產(chǎn) 碳納米管，從 2002 年 4 月開(kāi)始建立年產(chǎn)量 120 噸的生產(chǎn)設(shè)備， 9 月 份投入試生產(chǎn)， 這是世界上首次批量生產(chǎn)低價(jià)納米產(chǎn)品。 美國(guó) ibm 公 司的科研人員，在 2001年 4月，用碳納米管制造出了第一批晶體管， 這一利用電子的波性， 而不是常規(guī)導(dǎo)線實(shí)現(xiàn)傳遞住處的技術(shù)突破， 有 可能導(dǎo)致更快更小的產(chǎn)品出現(xiàn)， 并可能使現(xiàn)有的硅芯片技術(shù)逐漸被淘 汰。

3、 在碳納米管研究方興未艾的同時(shí)，納米事業(yè)的新秀“納 米帶”又問(wèn)世了。在美國(guó)佐治亞理工學(xué)院工作的三位中國(guó)科學(xué)家 2001 年初利用高溫氣體固相法， 在世界上首次合成了半導(dǎo)體化物納米帶狀 結(jié)構(gòu)。這是繼發(fā)現(xiàn)多壁碳納米管和合成單壁納米管以來(lái)， 一維納米材 料合成領(lǐng)域的又一大突破。這種納米帶的橫截面是一個(gè)窄矩形結(jié)構(gòu)， 帶寬為30300mm厚度為510nm而長(zhǎng)度可達(dá)幾毫米，是迄今為 止合成的惟一具有結(jié)構(gòu)可控且無(wú)缺陷的寬帶半導(dǎo)體準(zhǔn)一維帶狀結(jié)構(gòu)。 目前已經(jīng)成功合成了氧化錫、氧化銦、氧化隔等材料納米帶。由于半 導(dǎo)體氧化物納米帶克服了碳納米管的不穩(wěn)定性和內(nèi)部缺陷問(wèn)題， 具有 比碳納米管更獨(dú)特和優(yōu)越的結(jié)構(gòu)及物理性能

4、， 因而能夠更早地投入工 業(yè)生產(chǎn)和商業(yè)開(kāi)發(fā)。超導(dǎo)材料超導(dǎo)材料在電動(dòng)機(jī)、 變壓器和磁懸浮列車(chē)等領(lǐng)域有著巨 大的市場(chǎng)，如用超導(dǎo)材料制造電機(jī)可增大極限輸出量 20 倍，減輕重 量 90。超導(dǎo)材料的研制，關(guān)鍵在于提高材料的臨界溫度，若此問(wèn) 題得到解決，則會(huì)使許多領(lǐng)域產(chǎn)生重大變化。去年，科學(xué)家在超導(dǎo)材 料上有不少新收獲， 相繼發(fā)現(xiàn)了臨界溫度更訓(xùn)的新型超導(dǎo)材料， 使人 類(lèi)朝著開(kāi)發(fā)室溫超導(dǎo)材料邁出了一大步。 在日本，有人發(fā)現(xiàn)二硼化鎂 可在-234C成為超導(dǎo)體，這是迄今為止發(fā)現(xiàn)臨界溫度最高的金屬化 合物超導(dǎo)體。由于二硼化鎂的發(fā)現(xiàn)， 使世界凝聚態(tài)物理學(xué)界為之振奮。 由于二硼化鎂超導(dǎo)體易合成、易加工，很容易制成薄

5、膜或線材，因而 應(yīng)用前景看好。美國(guó)科學(xué)家在研制更具實(shí)用性超導(dǎo)材料方面取得了明顯的進(jìn)展， 并開(kāi)始進(jìn)入實(shí)用階段。美國(guó)底物律的福瑞斯比電站在地下鋪設(shè)了 360 多米的超導(dǎo)電纜，電纜中123kg重的導(dǎo)線是由含鉍、鍶、鈣、銅的氧 化物超導(dǎo)瓷制造的。 這是世界上首次實(shí)用的超導(dǎo)輸電線路。 我國(guó)在高 溫超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)化技術(shù)上也獲得了重大突破， 目前已有高溫超導(dǎo)線材生產(chǎn) 線投產(chǎn)。據(jù)估計(jì)， 到 2010 年超導(dǎo)產(chǎn)品可有 1000億美元的市場(chǎng)。但應(yīng) 當(dāng)指出的是，除超導(dǎo)材料以外，還有許多配套技術(shù)需要解決，同時(shí)還 要繼續(xù)研究開(kāi)發(fā)高溫超導(dǎo)體，如室溫超導(dǎo)材料。高性能結(jié)構(gòu)材料高性能結(jié)構(gòu)材料具有高溫強(qiáng)度好、 耐磨損、 抗腐 蝕等優(yōu)點(diǎn)

6、。高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料目前正在研制的有碳化硅、氧化硅、氮 化硅、硼化物、 增韌氧化鋯陶瓷和纖維增強(qiáng)無(wú)機(jī)合成材料等。如在內(nèi) 燃機(jī)中用陶瓷代替金屬可減少燃料消耗 30，提高熱效率 50。高 性能復(fù)合材料可以根據(jù)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)， 能夠使材料揚(yáng)避短， 當(dāng)前的研 究重點(diǎn)有：纖維增強(qiáng)塑料、 碳碳復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料和金屬 基復(fù)合材料。 高分子功能材料是近年來(lái)發(fā)展最快的有機(jī)合成材料， 每 年的遞增速度達(dá)到 14。此外，美國(guó)科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)了一種可和玻璃 結(jié)合的化合物， 這種硅烷化合物能夠粘在磷酸鹽玻璃表面， 形成一個(gè) 單一分子層和多分子層， 從而可以保護(hù)玻璃表面， 將腐蝕減少到最小 程度，這一發(fā)現(xiàn)對(duì)提高玻璃的抗腐蝕性有重要意義。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步， 開(kāi)拓了新材料的范圍， 推動(dòng)了新材料向列 高、更新方向發(fā)展。化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)了大量的化工新材料，為新材料的 發(fā)展提供技術(shù)支持。 同時(shí)，新材料的發(fā)展同樣可以推動(dòng)化學(xué)工業(yè)的科 技進(jìn)步、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的變化。高性能結(jié)構(gòu)材料的開(kāi)發(fā)、應(yīng)用，使一些化 工機(jī)械、設(shè)備的大型化、 高效化、高參數(shù)化、多功能化有了物質(zhì)基礎(chǔ)，